化学反应工程纸质作业
第一章(摩尔衡算)作业:
P1-11A 在一个连续流动的反应器中反应:
A
B
等温进行,计算当进料的摩尔流率为5mol/h, 假设反应速率-r A 为: (a ) -r A =k , k=0.05mol/h.L 时 (b ) -r A =kC A , k=0.0001s -1 时 (c ) -r A =kC A 2, k=3 L/mol.h 时
消耗99%的组分A (即C A =0.01C A0)时,对CSTR 和PFR 反应器需要的反应器体积。
进料的体积流量为10L/h 。
[注意:F A =C A v 。
当体积流量恒定时,v=v 0, 因此,F A =C A v 0。
故C A0=F A0/v 0=(5 mol/h )/(10L/h)=0.5mol/L 。
]
第二章(转化率和反应器尺寸)作业:
在体积为2.5 m 3的理想BR 中进行液相反应:A B P +→,反应温度维持在75℃,实验测定反应速率方程为:A A B r k C C -=,32.7810/.-=⨯k l mol s ,004/==A B C C mol l ,
0684/min =A F mol
求:(1)反应器中A 的转化率达80%时所需的时间。
(2)上述反应在PFR 中进行,A 的转化率达80%时所需反应器体积。
(3)上述反应在CSTR 中进行,A 的转化率达80%时所需反应器体积。
(4)上述反应在两个串联的PFR 中进行,A 的转化率分别为50%和80%时所需反应器体积。
(5)上述反应在两个串联的CSTR 中进行,A 的转化率分别为50%和80%时所需反应器体积。
第三章(速度定律和化学计量方程)作业:
P3-12A (1)将2H 作为计算的基准,建立等压等温流动系统中等摩尔2N 和2H 进料时下
列反应的完整的化学计量表。
22313
22
+→N H NH (2)如果入口总压为16.4atm ,入口温度为1727℃,计算2H 的转化率为60%时氨和氢气的浓度。
(3)如果将2N 作为计算的基准,2N 的转化率能达到60%吗?
第四章(等温反应器设计计算)作业:
P4-12B 在一个等温管式(活塞流)反应器中,发生不可逆气相基元反应B A →2。
反应
物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入,并且A 的转化率为80 %。
如果A 的摩尔进料流率减少一半,假设C 的进料流率保持不变,那么A 的转化率为多少?假设气体的理想性和反应器的温度保持不变。
第五章(化学反应速率的数据收集与分析)作业:
P5-3A 发生在间歇反应器中的不可逆异构化反应:B A →,下表是浓度-时间数据,请确定反应级数和反应速率常数。
t (min ) 0 3 5 8 10 12 15 17.5 浓度C A (mol/L )
4.0
2.89
2.25
1.45
1.0
0.65
0.25
0.07
第六章(复合反应)作业:
1. 在一定的反应温度下A 发生下述平行反应:
R A K −→−1 3
1 2.0(/.)A r C k m o l m h = S A K −→−2
2 2320.2(/.)A
r C kmol m h =
其中R 是主产物,S 是副产物。
反应原料为纯的反应物A ,其初始浓度为10 kmol/m 3。
(1)计算A 的转化率为80%时的瞬时选择性。
(2)对该平行反应,采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性?
2. 在一个间歇反应器中进行连串一级不可逆等温反应:
66H C −→−k 1Cl H C 56−
→−k 3246Cl H C 反应过程体积不变化,Cl H C 56为主产物,246Cl H C 为副产物。
已知k 1=1.0 h -1,k 2=0.5 h -1,入口为纯66H C 进料,计算该连串反应所能达到的最优转化率和最优转化时间。
第七章(稳态非等温反应器计算)作业:
P8-5A 不可逆有机液相基元反应:C B A −→−
+,在一个流动反应器中绝热进行。
A 和B 在27℃时等摩尔进料,且体积流率为2 L/s 。
(1)计算达到85%转化率时必需的PFR 和CSTR 反应器体积。
(2)完全转化时最高的入口温度为是多少时才不致于超过液体的沸点(550K)?
附加信息:
mol kcal H A /20)273(-= m o l
k c a l H B /15)273(-=
mol kcal H C /41)273(-= 30/1.0m k m o l C A =
K mol cal C C pB pA ⋅==/15 K m o l c a l C pC ⋅=/30
0.01
300K L
k mol s
=⋅在 10000/E cal mol =
第八章(停留时间分布)作业:
P13-11B 对液相反应器进行RTD 分析,得到下列数据:
(a)根据这些数据,作出E(t)曲线。
(b)反应器中200到300秒之间,流出物料所占的分率。
(c)作出F(t)曲线。
(d)反应器内250秒之前,流出物料所占的分率。
(e)平均停留时间是多少?
(f)作出E(t)()2m t
t-作为时间的函数曲线。
(g)方差是多少?
第九章(非理想流动模型)作业:
对液相反应器进行RTD分析,得到下列数据:
假设反应速率为0.0115s-1,分别采用离散模型、多釜串联模型和轴向扩散模型(封闭条件)计算反应器的转化率。
第十章(多孔催化剂的扩散和反应)作业:
−−→,P12-4B 在不同温度、流速和颗粒尺寸时,在微分填充床反应器中发生反应:A B
结果见图P12-4。
(1)在什么条件下(d p、T、F TO)外扩散成为控制步骤?
(2)哪些区域为反应速率控制?
(3)哪些区域为内扩散控制?
(4)在T=400,d p=0.8cm时内扩散有效因子为多少?
2、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据:
(1)请分析该实验装置的外扩散阻力情况?
(2)请分析该实验装置的内扩散阻力情况?
(3)请分别求出第1组和第3组实验中的内扩散有效因子?
3、在球形催化剂上进行一级不可逆反应P
A ,催化剂的粒径为2.4mm,气流主体中A的浓度为1mol/m3,测得单位床层表观反应速率(-r A)obs=2.77×10-5mol/(cm3.s),组分A在颗粒内有效扩散系数为0.15cm2/s,外部传质系数为K G=30cm/s。
请问:
(1)外扩散对反应过程是否有影响?
(2)内扩散对反应过程是否有影响?可通过什么途径来消除该影响?。